ĐỀ tài THIẾT kế hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BĂNG tải có điều KHIỂN BẰNG ĐỘNG cơ một CHIỀU

Cơ cấu truyền động tải băng chuyền

Hình 1 1 Mô phỏng truyền động cho tải băng chuyền

Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ

Tốc độ dự kiến của băng tải: V = 0.7(m/s), bán kính của Rulo R = 0,08 (m).Suy ra: Tốc độ quay của Rulo: 𝛚 = 𝑽 𝑹 = 𝟎,𝟎𝟖 𝟎,𝟕 = 𝟖, 𝟕𝟓 (rad/s) = 83,5 (vòng/phút)

Chọn tốc độ của động cơ là 3000(vòng/phút) tương đương với 314(rad/s) Nên ta có tỉ số truyền : 𝒊 = 𝟑𝟏𝟒

𝟖,𝟕𝟓 = 𝟑𝟔 Tốc độ dài của băng tải :

Hình 1 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng có một chiều Hệ thống này được tối ưu hóa để hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng cụ thể Việc sử dụng đồng trong thiết kế không chỉ đảm bảo độ bền mà còn tăng cường khả năng dẫn điện Điều này giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền động Sự kết hợp giữa thiết kế thông minh và vật liệu chất lượng cao mang lại giải pháp tối ưu cho người sử dụng.

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI

GVHD: TS.Giáp Quang Huy 3

Tốc độ quay của Rulo

Dựa vào đồ thị trên Hình 1.2, ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ như sau :

Quá trình động cơ chuyển động theo chiều kim đồng hồ :

 Từ 0 đến 2 giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ ω M = 0 rad/s đến ω M = 314 rad/s

 Từ 2 đến 8 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay ω M = 314 rad/s

 Từ 8 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ω M = 0 rad/s

Quá trình băng chyền đảo chiều :

 Từ 10 đến 12 giây: động cơ đảo chiều, độ lớn tốc độ quay của tăng dần lên ω M = 314 rad/s

 Từ 12 đến 18 giây: động cơ hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay ω M = 314 rad/s

 Từ giây 18 đến 20s tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ω M = 0 rad/s.

Mạch động lực

Hình 3 2 Sơ đồ mạch động lực

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng động cơ là một phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa hoạt động của các thiết bị Hệ thống này cho phép điều khiển một chiều, mang lại sự chính xác và linh hoạt trong quá trình vận hành Việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế giúp nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, đồng thời đảm bảo an toàn cho người sử dụng Sự phát triển của các hệ thống truyền động hiện đại đang mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp, thúc đẩy sự đổi mới và cải tiến quy trình sản xuất.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Chuyển đổi điện áp của lưới điện xoay chiều 𝑈1 sang điện áp 𝑈2 thích hợp với tải

Biến đổi số pha của nguồn lưới (1,2,3,6,12,… pha )

Cách ly với điện áp lưới

Gồm 2 (hai) bộ chỉnh lưu cầu ba pha dùng Thyristor đấu song song ngược

Từng bộ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu phụ thuộc

Cả hai bộ biến đổi G 1 và G 2 đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm

1.2.4 Điện áp và dòng chỉnh lưu

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng có một chiều đẩy Hệ thống này được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao và khả năng hoạt động ổn định Việc sử dụng vật liệu đồng giúp tăng cường độ bền và khả năng dẫn điện, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể của thiết bị Thiết kế thông minh và hiện đại giúp người dùng dễ dàng thao tác và kiểm soát hệ thống một cách hiệu quả.

Số xung đập mạch 𝑝 = 6 Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

𝜋 Dòng trung bình qua tải: 𝐼 𝑑 = 𝑈 𝑑 −𝐸 ư

1.3 Các phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu: a Khái niệm chung:

Sơ đồ khâu phát ung – bộ điều khiển: c.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

 Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều

 Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcos𝜃

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng có một chiều đề Hệ thống này mang lại hiệu suất cao và độ tin cậy trong hoạt động Việc sử dụng đồng trong thiết kế giúp tối ưu hóa khả năng dẫn điện và giảm thiểu tổn thất năng lượng Ngoài ra, thiết kế một chiều của hệ thống cũng đảm bảo tính an toàn và dễ dàng trong việc vận hành.

 Điện áp so sánh uss = Uc - Udb

 Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển

 Khi 𝜃 = 𝛼 thì Uc = Udb =Umcos𝛼

 Điện áp chỉnh lưu: 𝑈𝑑 = 𝑈𝑑𝑜 × 𝑈𝑐/Um d.Phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu cầu ba pha kép:

 Phương pháp điều khiển chung:

Mỗi bộ chỉnh lưu hoạt động độc lập, với chỉ một trong hai sơ đồ chỉnh lưu được cấp tín hiệu điều khiển để hoạt động, trong khi sơ đồ còn lại hoàn toàn không hoạt động.

 Điều kiện điều khiển chung: để không có dòng ngắn mạch giữa 2 bộ chỉnh lưu thì phải thỏa:

Giúp loại bỏ thành phần sóng hài sau khi chỉnh lưu, nhằm tạo ra dòng điện đầu ra ổn định và chất lượng cao, đồng thời giảm thiểu tổn hao năng lượng.

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng là một phương pháp hiệu quả, cho phép điều chỉnh và kiểm soát chính xác các hoạt động trong hệ thống Việc sử dụng đồng trong thiết kế này không chỉ mang lại độ bền cao mà còn đảm bảo tính linh hoạt trong quá trình vận hành Hệ thống truyền động này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy, đồng thời giảm thiểu sự cố trong quá trình sử dụng.

Khái quát mạch điều khiển

Hình 4 1 Sơ đồ điều khiển Thyristor

1.2 Phương pháp điều khiển thẳng đứng Arcos:

Nhóm chúng em sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và điều khiển bằng phương pháp Arccos

Nguyên lý: Điện áp đồng dạng sin Udb vượt trước điện áp khóa ( thu được ở thứ cấp biến áp đồng bộ ) một góc pi/2

Khái quát cảm biến dòng IC ACS712

Hình 5 1 Cảm biến dòng IC ASC712

 Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp

 Thời gian tăng của đầu ra để đỏp ứng với đầu vào là 5às

 Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ

 Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A

 Điện áp ra cực kỳ ổn định

Code vi điều khiển

Ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật điện, điện tử và công nghệ thông tin Tự động hóa sản xuất đang trở nên phổ biến trong các hệ thống công nghiệp toàn cầu và tại Việt Nam Công nghệ này không chỉ giảm bớt sức lao động cho con người mà còn nâng cao năng suất lao động và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, động cơ điện trở thành thiết bị thiết yếu trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất Sự đa dạng về chủng loại và tính năng hiện đại của động cơ điện nhằm giảm tổn hao điện năng và tăng hiệu suất làm việc Động cơ ba pha thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng nhờ công suất lớn, nhưng việc điều khiển và điều chỉnh tốc độ của chúng gặp khó khăn trong việc đạt độ chính xác cao Do đó, động cơ DC với nhiều ưu điểm hơn đã được ưa chuộng, mặc dù nó cũng có nhược điểm như bộ phận cổ góp dễ hỏng.

Nhóm chúng em đã chọn đề tài “Điều khiển và giám sát động cơ điện 1 chiều sử dụng vi điều khiển” do nhận thấy động cơ DC có nhiều ứng dụng thực tiễn liên quan đến các kiến thức về điện tử công suất, truyền động điện, vi điều khiển và đo lường trong công tác kỹ thuật hiện đại Chúng em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Giáp Quang Huy đã hướng dẫn và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này.

Do việc sắp xếp thời gian nghiên cứu chưa hợp lý và thiếu hụt kiến thức, đồ án của chúng em vẫn còn nhiều thiếu sót Chúng em rất mong thầy bổ sung thêm để hoàn thiện đồ án Xin chân thành cảm ơn! Đồ án bao gồm các chương:

CHƯƠNG 1: Thiết kế chọn động cơ CHƯƠNG 2: Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện CHƯƠNG 3: Phân tích và chọn mạch động lực

CHƯƠNG 4: Phân tích và chọn mạch điều khiển CHƯƠNG 5: Vi điều khiển và cảm biến đo lường CHƯƠNG 6: Mô phỏng hệ thống trên MATLAB SIMULINK

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay điều khiển băng đồng có một chiều đề cao tính hiệu quả và độ chính xác Hệ thống này cho phép điều khiển linh hoạt, giúp tối ưu hóa quy trình vận hành Việc sử dụng băng đồng trong thiết kế không chỉ tăng cường độ bền mà còn giảm thiểu hao mòn Điều này đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong suốt quá trình sử dụng.

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI

1 Cơ cấu truyền động tải băng chuyền

Hình 1 1 Mô phỏng truyền động cho tải băng chuyền

2 Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ

Tốc độ dự kiến của băng tải: V = 0.7(m/s), bán kính của Rulo R = 0,08 (m).Suy ra: Tốc độ quay của Rulo: 𝛚 = 𝑽 𝑹 = 𝟎,𝟎𝟖 𝟎,𝟕 = 𝟖, 𝟕𝟓 (rad/s) = 83,5 (vòng/phút)

Chọn tốc độ của động cơ là 3000(vòng/phút) tương đương với 314(rad/s) Nên ta có tỉ số truyền : 𝒊 = 𝟑𝟏𝟒

𝟖,𝟕𝟓 = 𝟑𝟔 Tốc độ dài của băng tải :

Hình 1 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng có một chiều Hệ thống này được tối ưu hóa để hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng cụ thể Việc thiết kế cần chú trọng đến tính năng và độ bền của các bộ phận Đồng thời, cần đảm bảo rằng hệ thống dễ dàng bảo trì và sửa chữa Các yếu tố này sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền động.

Tốc độ quay của Rulo

Dựa vào đồ thị trên Hình 1.2, ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ như sau :

Quá trình động cơ chuyển động theo chiều kim đồng hồ :

 Từ 0 đến 2 giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ ω M = 0 rad/s đến ω M = 314 rad/s

 Từ 2 đến 8 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay ω M = 314 rad/s

 Từ 8 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ω M = 0 rad/s

Quá trình băng chyền đảo chiều :

 Từ 10 đến 12 giây: động cơ đảo chiều, độ lớn tốc độ quay của tăng dần lên ω M = 314 rad/s

 Từ 12 đến 18 giây: động cơ hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay ω M = 314 rad/s

 Từ giây 18 đến 20s tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ω M = 0 rad/s

3 Xác định momen quán tính và momen quán tính của hệ và quy đổi 3.1 Momen quán tính:

Chọn kích thước dự kến cho cấu trúc của hệ:

- Rulo của băng chuyền có kích thước R = 8 (cm), h = 2 (cm), băng chuyền có tất cả 4 rulo

- Bánh răng có kích thước h = 2 (cm), Khối lượng vật m = 50 (kg)

Momen quán tính của một Rulo

J 1 = m ⋅ R 2 1 = π R 1 2 h 7800 ⋅ R 1 2 = π 0,08 2 ⋅ 0,02 × 7800.0,08 2 = 0,02 Vậy 4 rulo có quán tính là:

Momen quán tính của bánh răng có 𝑅 2 = 𝑅 4 = 0,06(𝑚) = 6(𝑐𝑚)

Momen quán tính của bánh răng có 𝑅 3 = 𝑅 5 = 0,01(𝑚) = 1(𝑐𝑚)

Thiết kế hệ thống truyền động bằng cách điều khiển băng đồng có một chiều đề xuất giải pháp hiệu quả cho việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống Việc này giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy trong quá trình vận hành Các yếu tố kỹ thuật cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động một cách trơn tru và hiệu quả nhất.

3.2 Momen quán tính quy đổi về trục động cơ:

 Vậy ta tính được: 𝐉 𝐭𝐨𝐧𝐠 = J rulo1 + J 2qd + J 3qd + J 4qd +J 5qđ + J M = 3.10 −4 (kg m 2 )

Momen tải chỉ chịu tác động của lực ma sát, nên Momen tải được tính toán trong từng giai đoạn như sau:

M dt1 = M C1 1 i + J dω dc dt = r 2 m dω rulo dt 1 i + J dω dc dt = 0,08 2 10 8,75−0

M dt2 = M C2 1 i + J dω dc dt = r 2 m dω rulo dt 1 i + J dω dc dt = 0,08 2 10 8,75−8,75

M dt3 = M C3 1 i + J dω dc dt = r 2 m dω rulo dt 1 i + J dω dc dt

M dt4 = M C4 1 i + J dω dc dt = r 2 m dω rulo dt 1 i + J dω dc dt = 0,08 2 10 8,75−0

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tai có điều khiển bằng đồng có một chiều Hệ thống này sử dụng công nghệ tiên tiến để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao Việc thiết kế này cho phép tối ưu hóa quy trình hoạt động, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp Đồng thời, hệ thống cũng dễ dàng bảo trì và nâng cấp, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

M dt5 = M C5 1 i + J dω dc dt = r 2 m dω rulo dt 1 i + J dω dc dt = 0,08 2 10 10−10

M dt6 = M C6 1 i + J dω dc dt = r 2 m dω rulo dt 1 i + J dω dc dt = 0,08 2 10 0−(−8,75)

3.4 Xác định Momen đẳng trị:

∑ Δt i = √ M dt1 2 Δt 1 + M dt2 2 Δt 2 + M dt3 2 Δt 3 + M dt4 2 Δt 4 + M dt5 2 Δt 5 + M dt6 2 Δt 6

 Từ momen điện từ ta có thể tính được momen định mức như sau:

Từ đây ta có đường đồ thị của momen điện từ của động cơ sau khi tính toán sơ bộ:

Hình 1 3 Đồ thị momen điện từ của động cơ

3.5 Xác định công suất cơ yêu cầu của hệ

Công suất của động cơ điện một chiều được xác định qua biểu thức:

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng có một chiều đề Hệ thống này được phát triển để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền, đồng thời giảm thiểu hao mòn trong quá trình sử dụng Việc sử dụng vật liệu đồng giúp cải thiện khả năng dẫn điện và nhiệt, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng công nghiệp Thiết kế một chiều đề cũng giúp đơn giản hóa quy trình lắp đặt và bảo trì, làm cho hệ thống trở nên dễ dàng hơn trong việc vận hành và quản lý.

2 dt = 8,6(𝑊) Công suất đẳng trị:

Từ công suất đẳng trị ta có thể tính ra được công suất định mức:

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tai có điều khiển bằng đồng có một chiều Hệ thống này cho phép điều khiển hiệu quả và chính xác, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng Việc tối ưu hóa thiết kế giúp nâng cao hiệu suất và độ bền, đồng thời giảm thiểu năng lượng tiêu thụ Các yếu tố như độ tin cậy và tính khả thi cũng được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài.

Từ đây ta có đường đồ thị của công suất của động cơ sau khi tính toán sơ bộ:

Hình 1 4 Đồ thị công suất của động cơ

Ta đã tính được các thông số để chọn động cơ:

Công suất định mức: P đm = 10 (W);

Tốc độ định mức: n đm = 3000 (vòng/phút)

Từ các thông số đã tính toán ở trên, ta chọn động cơ DC XD 3420 12V 30W Đặc điểm chi tiết của động cơ:

- Loại sản phẩm: Động cơ DC chổi than Model: XD-3420

- Điện áp định mức (Tùy chọn): 12V

- Tốc độ định mức: 3000RPM

- Chiều dài trục đầu ra: 26mm / 1.02 inch

- Mô-men xoắn: 1kgf.cm

Hình 1 5 Hình ảnh thực tế đông cơ

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại Hệ thống này cho phép điều khiển chính xác và hiệu quả các thiết bị, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế giúp nâng cao tính năng và độ bền của hệ thống Điều này không chỉ mang lại lợi ích cho người sử dụng mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp.

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1 Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động:

1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: Động cơ điện một chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh (stato), phần ứng (roto)

Hình 2 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

 Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện

 Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện

 Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor

Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor

 Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

 Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dòng điện trong khi Rotor quay liên tục

 Trục động cơ: dùng để quay băng tải

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng là một quá trình quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm cơ khí Hệ thống này thường có một chiều điều khiển, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Việc ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế không chỉ nâng cao tính năng mà còn đảm bảo độ bền và an toàn cho sản phẩm Sự kết hợp giữa thiết kế thông minh và vật liệu chất lượng sẽ tạo ra những giải pháp tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp.

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Nguyên lý làm việc của động cơ điện là khi một điện áp được áp dụng vào phần ứng, dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ tương tác với từ trường, tạo ra momen tác dụng lên rotor, khiến rotor quay Khi rotor đạt đến tốc độ nhất định, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng sẽ cắt qua từ trường của phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, dẫn đến sự sinh ra sức điện động cảm ứng trong khung dây.

1.6 Các trạng thái hoạt động:

Các trạng thái hoạt động của động cơ, bao gồm khởi động và hãm, có mối liên hệ chặt chẽ với đồ thị vận tốc được trình bày trong chương trước Việc tìm hiểu mối liên quan này sẽ giúp thiết kế các trạng thái hoạt động dự kiến cho động cơ, như đã nêu trong chương 1.

Cảm biến tốc độ: Sử dụng Encorder

2.1 Khái quát Encoder Omron E6B2-CWZ6C Đường kính trục: 6mm

Các Model xung khác từ 10,20 1800,2000 Ngõ ra: A, B, Z (NPN transistor cực thu hở) 30VDC, 35mA max

Nguồn cấp: 5 ~ 24VDC Tần số đáp ứng: 100kHz max

Tốc độ cho phép tối đa: 6000 vòng/phút Bảo vệ cấp nguồn ngược cực và ngắn mạch ngõ ra Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 70C

Nguyên lý hoạt động của encoder dựa trên một đĩa tròn xoay quanh trục, trên đó có các lỗ hoặc rãnh Khi đĩa quay, một đèn LED chiếu sáng lên bề mặt đĩa; tại vị trí có lỗ, ánh sáng sẽ chiếu xuyên qua, trong khi tại vị trí không có lỗ, ánh sáng không thể đi qua Ở phía đối diện của đĩa, một cảm biến sẽ nhận tín hiệu ánh sáng, từ đó xác định vị trí và chuyển động của đĩa.

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng là một phương pháp hiệu quả trong việc tối ưu hóa hoạt động của các thiết bị cơ khí Hệ thống này cho phép điều khiển chính xác và linh hoạt, đáp ứng nhanh chóng với các yêu cầu vận hành Việc sử dụng đồng trong thiết kế không chỉ giúp cải thiện độ bền mà còn tăng cường khả năng dẫn điện, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc Các ứng dụng của hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng rất đa dạng, từ công nghiệp sản xuất đến các thiết bị gia dụng, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người sử dụng.

CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG

GVHD: TS Giáp Quang Huy 26 đã nghiên cứu khả năng chiếu qua của đèn LED qua lỗ Số xung được ghi nhận tăng lên tương ứng với số lần ánh sáng bị cắt.

Encoder tạo ra tín hiệu xung vuông từ ánh sáng xuyên qua lỗ, với tần số đầu ra phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn.

2.3 Code xử lí tín hiệu tốc độ

Thiết kế hệ thống truyền động bằng cách điều khiển bằng động cơ có một chiều, mang lại hiệu suất cao và độ chính xác trong quá trình vận hành Hệ thống này giúp tối ưu hóa khả năng hoạt động của động cơ, đồng thời giảm thiểu tiêu thụ năng lượng Việc áp dụng công nghệ điều khiển hiện đại trong thiết kế hệ thống truyền động không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo tính ổn định và độ bền cho toàn bộ hệ thống.

 Code điều khiển tốc độ bằng phương pháp PID :

#define encodPinA1 2 // Quadrature encoder A pin

#define encodPinB1 8 // Quadrature encoder B pin

#define M1 9 // PWM outputs to L298N H-Bridge motor driver module

#define M2 10 double kp = 0,00418 , ki = 11,8 ,input = 0, output = 0, setpoint = 0; // modify kp, ki and kd for optimal performance long temp; volatile long encoderPos = 0;

In the setup phase of the project, the PID controller is initialized with specified parameters for input, output, setpoint, and tuning constants (kp, ki, kd) To ensure proper functionality, the quadrature encoder inputs are configured using pinMode with INPUT_PULLUP for both A and B channels An interrupt is then attached to monitor the encoder's position, triggering an update on the falling edge of the signal If the motor operates only at full speed, consider using the 'REVERSE' mode instead of 'DIRECT'.

TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000 | 1; // set 31KHz PWM to prevent motor noise myPID.SetMode(AUTOMATIC); myPID.SetSampleTime(1); myPID.SetOutputLimits(-314, 314);

} void loop() { temp += analogRead(0); // increment position target with potentiometer value (speed), potmeter connected to A0 if (temp < 0) { // in case of overflow encoderPos = 0;

Thiết kế hệ thống truyền động bằng cách điều khiển bằng động cơ có một chiều Hệ thống này cho phép điều chỉnh và kiểm soát hiệu suất hoạt động của động cơ một cách linh hoạt Việc thiết kế hệ thống truyền động bằng động cơ một chiều giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng Các ứng dụng của hệ thống này rất đa dạng, từ công nghiệp đến các thiết bị gia dụng Sự phát triển của công nghệ cũng đã góp phần cải thiện độ tin cậy và hiệu suất của các hệ thống truyền động này.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy 28 temp = 0;

} setpoint = temp / 500; // modify division to fit motor and encoder characteristics input = encoderPos ; // data from encoder myPID.Compute(); // calculate new output pwmOut(output); // drive L298N H-Bridge module

} void pwmOut(int out) { // to H-Bridge board if (out > 0) { analogWrite(M1, out); // drive motor

CW analogWrite(M2, 0); } else { analogWrite(M1, 0); analogWrite(M2, abs(out)); drive mot// or CCW

} } void encoder() { // pulse and direction, direct port reading to save cycles if (PINB & 0b00000001) encoderPos++; // if (digitalRead(encodPinB1)==HIGH) count ++; else encoderPos ; // if (digitalRead(encodPinB1)==LOW) count ;

Mô hình toán học

1.2 Tính các tham số hàm truyền động cơ

Hình 6 1 Sơ đồ khối hàm truyền động cơ

- Hàm truyền phần trước Rotor:

 Thay vào phương trình dặc tính cơ điện: a a 2 e e e M

 Ta áp dụng các thông số của động cơ làm việc định mức:

 Từ đó giải phương trình ta có:

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tai có điều khiển bằng đồng mang lại nhiều lợi ích Hệ thống này cho phép điều khiển một chiều hiệu quả, tối ưu hóa quy trình hoạt động Sử dụng công nghệ tiên tiến, thiết kế này đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao Việc áp dụng hệ thống truyền động này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành Từ đó, nó góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm và dịch vụ.

CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK

1.2.3 Giải thích chi tiết hàm truyền của động cơ:

 Các thông số trong hàm truyền:

1.3 Tính toán thông số hàm truyền bộ chỉnh lưu

- Hàm truyền bộ chỉnh lưu: 𝑮 𝒓 = 𝑲 𝒓

- Do nhóm chúng em sử dụng nguyên tắc thẳng đứng Arccos, cho nên chúng em xác định được:

- Cảm biến đo tốc độ Encoder: Gw(s) = 𝟏

- Cảm biến đo dòng điện H(s) = 1

1.5 Tổng hợp mạch vòng dòng điện:

1.5.1 Sử dụng phương pháp tối ưu Module :

Cho chu kì lấy mẫu T=0,5s nên tần số lấy mẫu:

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tay có điều khiển bằng đồng có một chiều đề Hệ thống này được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong việc truyền động Việc sử dụng đồng trong thiết kế giúp tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn, đồng thời giảm thiểu sự hao mòn trong quá trình vận hành Các yếu tố này làm cho hệ thống truyền động trở nên hiệu quả và đáng tin cậy hơn trong nhiều ứng dụng khác nhau.

 Ta có hàm truyền bộ điều khiển dòng điện là:

1.6 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ:

- Hàm truyền của điều khiển tốc độ:

 Mạch mô phỏng hàm truyền toán học :

Hình 6 3 Mô hình hàm truyền toán học

Mô hình hàm truyền toán học

Hình 6 4 Mô hình toán học động cơ bằng matlab Hình 6 2 Hàm truyền bộ điều khiển dòng điện

Thiết kế hệ thống truyền động bằng cách điều khiển bằng động cơ có một chiều đề Hệ thống này cho phép điều chỉnh hiệu quả và linh hoạt trong việc vận hành, đảm bảo tính chính xác và ổn định trong quá trình hoạt động Việc tối ưu hóa thiết kế giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu năng lượng tiêu thụ, đồng thời tăng cường độ bền cho hệ thống.

- Đồ thị tốc độ đáp ứng :

Động cơ có độ chính xác cao và ổn định tốt, với tốc độ đầu ra bám sát tốc độ đặt và biên độ dao động nhỏ, đảm bảo tính ổn định trong quá trình làm việc.

Mô phỏng nguyên lý (Matlab Simulink)

Thiết kế hệ thống truyền động bằng tai có điều khiển bằng động cơ có một chiều Hệ thống này cho phép điều khiển hiệu quả và linh hoạt, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong các ứng dụng công nghiệp Sự phát triển của công nghệ đã mang lại nhiều cải tiến, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền động Việc áp dụng các giải pháp hiện đại trong thiết kế sẽ nâng cao khả năng vận hành và tiết kiệm năng lượng.

3.2 Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ:

3.3 Kết quả mô phỏng đáp ứng dòng điện:

3.4 Kết quả mô phỏng đáp ứng Moment:

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Truyền Động Băng Tải Có Điều Khiển Bằng Động Cơ Một Chiều
Tác giả	Hoàng Quốc Huy, Nguyễn Minh Chuyên, Đỗ Thanh Nguyên, Phan Đình Vương, Lê Anh Tiến, Lê Phú Nam
Người hướng dẫn	TS. Giáp Quang Huy
Trường học	Đại Học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Dự Án Liên Môn
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	41
Dung lượng	2,79 MB